解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

上一章我們講到,在量子力學的微觀世界裡,很多物理法則和公式都不再起作用,我們所公認的常識被顛覆,兩個重合的光波不會使光增強反而相互抵消。這就是光的干涉。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

由於量子力學的二象性粒子也會產生干涉。雙縫實驗就是著名的例子。

大多數關於雙縫實驗的描述都非常的複雜難懂,今天小編給大家舉一個比較簡單的例子。

想象你在保齡球館打保齡球,假如保齡球道上出現了一個隔板,這個隔板上有兩條縫隙,縫隙的寬度正好能使一個保齡球通過。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

我們可以想象,在我們扔保齡球並保持直線運動的時候會有三種結果:1. 保齡球通過左邊的縫隙並最終落到左邊。2.保齡球撞到中間的隔板,被隔板檔住。3.保齡球通過右邊的縫隙,最終落在右邊。

我們不斷地扔保齡球,結果就只有這三個,落在左邊,右邊和被擋住。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

然而當我們把保齡球換成單個的粒子會怎麼樣呢?

想象當物理學家們將縫隙調整成為單個粒子所能通過的大小,根據我們的預測,在後面的板上會出現兩個粒子條紋,左邊和右邊。

然而事實並非如此,當我們不斷地向雙峰發射粒子時,後面得擋板出現了多條粒子條紋。甚至沒有縫隙的地方也產生了條紋,而且這些粒子條紋的分佈並不是均等的。而是一些地方多而另一些地方少。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

像狹縫發射粒子時後面的屏幕發生的現象

也就是說當我們向狹縫發射粒子時我們完全無法像扔保齡球一樣預測粒子最終會落在後面的哪個位置。而只能在發射一定數量的粒子後通過薛定諤公式去計算粒子會落在哪個地方的概率。這就是不確定原理。

粒子會什麼會發生這樣奇異的現象呢?似乎是粒子有著自己的意志去決定自己要落在哪個位置。

物理學家們為此感到疑惑,最終得出一種假設。如果粒子並不是粒子,而是波,那麼就能夠知道為什麼粒子會散落在這麼多個不同的位置。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

想象你向雙縫倒了桶漂浮著油彩的水,當水通過雙縫時就會出現波紋,這些波紋會相互抵,融合,干涉最終在後面的擋板上出現彩色的紋路。而你無法準確地預測他們的分佈位置。

粒子就是波,波就是粒子?為他們之間會相互的干涉融合和抵消?一切物質的本質是其實是波?

海洋裡的波浪不是由水粒子構成,而是水波?堅硬的石頭其實是不同震動頻率的波構成?從量子力學的角度來講,事實似乎就是這樣。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

霍金先生說,這似乎預測者廣義相對論某一部分理論的垮臺,在預測宇宙初始有無限大的密度時,並沒有考慮到粒子(或是波)的相互干涉和抵消的作用。因此大爆炸的理論似乎更有待深思。

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

那麼量子力學的種種現象會給我們重新審視宇宙,時間以及物質有什麼樣的影響呢?

下一章:《時間簡史》都講了些什麼之五①:基本粒子和自然之力

解密《時間簡史》都講了些什麼之四③物質的本質:詭異的雙縫實驗

小編寄語:《時間簡史》是霍金先生偉大的科學鉅著.它從各種物理學的研究中探索時間的由來以及對我們人類的影響及意義. 天文物理學也許離我們的日常生活很遠,但是,他可以打開我們用另一種方式看世界的大門,更高的,更深遠的角度,讓我們意識到那些日常的瑣事其實是微不足道的.

知識改變命運,讀書使人優雅. 歡迎大家訂閱火星報社讀書頻道!


分享到:


相關文章: